本发明专利技术公开了一种基于时频映射对乙炔燃烧过程的高精度超快探测方法，包括时域拉伸、时频映射和动态燃烧探测三个部分，利用单光学频率梳作为光源，经过色散元件和马赫曾德干涉仪后形成多种振荡频率的展宽脉冲，最终在示波器的单个脉冲周期内实现对乙炔气体动态燃烧过程的高精度探测，并通过时频映射曲线在频域中获得解析，有效解决了以往对快速高精度采集系统和双光梳光源高稳定性和互相干性等高要求问题。求问题。求问题。
【技术实现步骤摘要】
基于时频映射对乙炔燃烧过程的高精度超快探测
[0001]本专利技术属于气体检测领域，具体涉及一种基于时频映射对乙炔燃烧过程的高精度超快探测方法。
技术背景
[0002]超快光谱学是理解物质组成、分子演化和动力学的重要工具，不仅在物理、化学和生物医学等基础科学领域有着重要的作用，而且在气体追踪和泄漏预警等应用领域也扮演着重要的角色，近年来，光学频率梳凭借其超短的脉冲宽度、超快的重复频率和超高的峰值功率等优异特性不断成为了研究人员的焦点，也为超快光谱学测量提供了新的技术手段，例如以光频梳作为光源的腔衰荡技术、傅里叶变换法和多外差测量等，但往往受限于高精度的采集系统和双光梳光源的高稳定性和互相干性，因此为了解决上述有关探测采集、光源等问题，提出了一种基于时频映射对乙炔燃烧过程的高精度超快探测方法，利用单光学频率梳的高重复性和色散补偿光纤的时域拉伸特性，实现对瞬态现象的记录与解析。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的是克服现有技术中的问题，提供一种基于时频映射对乙炔燃烧过程的高精度超快探测方法。利用单学光频率梳作为光源，避免了对双光频梳重复频率与偏移频率锁定的高要求，并且光频梳的高重复性可使探测速率达到纳秒级，利用色散补偿光纤对超短脉冲进行时域拉伸，周期的展宽降低了对光电探测器和示波器采集、分辨的需求，使解析记录在超短时间内的瞬态现象成为了可能，利用含有多种振荡频率的脉冲寻找时频映射曲线，实现了高精度测量。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是：基于时频映射对乙炔燃烧过程的高精度超快探测，包括：
[0005]时域拉伸模块，所述时域拉伸模块用于将单光学频率梳发出飞秒脉冲展宽至纳秒级，包括光学频率梳、可调谐滤波器、色散补偿光纤和功率放大器；
[0006]时频映射模块，所述时频映射模块用于形成多种振荡频率的干涉条纹，寻找时频映射曲线，包括分束器、衰减器、电动光纤延时线和耦合器；
[0007]动态燃烧探测模块，所述动态燃烧探测模块用于得到乙炔气体燃烧的瞬态现象，包括整形器、乙炔
‑
氧气燃烧池、光谱仪、光电探测器和示波器；
[0008]所述时域拉伸模块中光学频率梳依次与可调谐滤波器、色散补偿光纤和功率放大器连接，得到展宽脉冲，所述展宽脉冲进入时频映射模块，经分束器分为两路，一路经衰减器，一路经电动光纤延时线，在耦合器中合束得到探测光，所述探测光进入动态燃烧探测模块，经整形器和乙炔
‑
氧气燃烧池后，先传入光谱仪得到频谱信息，后将光谱仪替换为光电探测器和示波器得到动态燃烧信息。
[0009]进一步地，所述色散补偿光纤将光学频率梳发出的飞秒脉冲展宽至重复周期，在一个周期内完整地记录乙炔气体燃烧的瞬态现象，从而实现了纳秒级的超快探测，并且降
低了光电探测器和示波器采集分辨能力的需求。
[0010]进一步地，所述色散补偿光纤可以建模为线性时不变系统，将不同阶数的色散看做子系统，整体的传递函数即为各子系统传递函数的乘积：
[0011][0012]其中β
n
是n阶色散的模式传播函数，w是光脉冲的中心频率，L是色散补偿光纤的长度。
[0013]所述色散补偿光纤仅存在一阶色散和二阶色散时，频域和时域上的的输出分别为：
[0014]A1(w)＝H1(w)A0(w)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0015][0016]其中，是H1(w)的逆傅里叶变换，h0复振幅，t
R
＝t
‑
β1L，A0(w)是输入脉冲。
[0017]输出在时域与频域之间存在着映射关系，当仅考虑至二阶色散时，映射因子为线性因子，即β2L，当考虑至高阶色散时，映射因子往往是非线性。
[0018]所述展宽脉冲经时频映射模块得到含有多种振荡频率的探测光，在光谱仪与示波器中寻找所述探测光的峰值点进行非线性的多项式拟合，完成时频映射曲线的寻找，从而可以将示波器探测到的时域信号转化到频域中进行解析。
[0019]本专利技术的有益效果是：
[0020]本专利技术提出基于时频映射对乙炔燃烧过程的高精度超快探测。光学频率梳为超快光谱测量提供了新的技术手段，例如以光频梳作为光源的腔衰荡技术、傅里叶变换法和多外差测量等。其中，腔衰荡光谱最突出的特点是对激光光强的噪声和抖动不敏感，随着有效吸收距离的成倍增加有着较高的精度与灵敏度，但对光电探测器的响应要求很高，傅里叶变换光谱学继承了传统傅里叶红外光谱仪的多通道、宽光谱和高分辨等特点，但如果想要进行高速的扫描测量，就需要有精密的伺服与快速高精度的数据采集系统，而双光频梳多外差光谱测量可以实现超快光谱探测，探测速率达到毫秒级，但往往受限于双光频梳光源的高稳定性与互相干性。因此，本专利技术提出以单光学频率梳作为光源，通过色散补偿光纤和马赫曾德干涉仪形成多种振荡频率的展宽脉冲进行时频映射曲线的寻找，最终实现对乙炔气体燃烧过程的高精度瞬态监测，克服现有技术中的困难。
附图说明
[0021]图1：本专利技术基于时频映射对乙炔燃烧过程的高精度超快探测结构示意图：
[0022]附图标注：
[0023]1‑‑
时域拉伸模块
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
11
‑‑
光学频率梳
[0024]12
‑‑
可调谐滤波器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
13
‑‑
色散补偿光纤
[0025]14
‑‑
功率放大器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2‑‑
时频映射模块
[0026]15
‑‑
分束器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
16
‑‑
衰减器
[0027]17
‑‑
电动光纤延时线
ꢀꢀꢀꢀ3‑‑
动态燃烧探测模块
[0028]18
‑‑
耦合器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
19
‑‑
整形器
[0029]20
‑‑
乙炔
‑
氧气燃烧池
ꢀꢀꢀ
21
‑‑
光谱仪
[0030]22
‑‑
光电探测器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
23
‑‑
示波器
具体实施方式
[0031]为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
[0032]如图1所示，一种基于时频映射对乙炔燃烧过程的高精度超快探测结构，其特征在于，包括：
[0033]时域拉伸模块1，所述时域拉伸模块1用于将单光学频率梳发出飞秒脉冲展宽至纳秒级，包括光学频率梳11、可调谐滤波器12、色散补偿光纤13和功率放大器14；
[0034]时频映射模块2，所述时频映射模块2用于形成多种振荡频率的干涉条纹，寻找时频映射曲线，包括分束器15、衰减器16、电动光纤延时线17和耦合器18本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于时频映射对乙炔燃烧过程的高精度超快探测，其特征在于，包括：时域拉伸模块(1)，所述时域拉伸模块(1)用于将单光学频率梳发出飞秒脉冲展宽至纳秒级，包括光学频率梳(11)、可调谐滤波器(12)、色散补偿光纤(13)和功率放大器(14)；时频映射模块(2)，所述时频映射模块(2)用于形成多种振荡频率的干涉条纹，寻找时频映射曲线，包括分束器(15)、衰减器(16)、电动光纤延时线(17)和耦合器(18)；动态燃烧探测模块(3)，所述动态燃烧探测模块(3)用于得到乙炔气体燃烧的瞬态现象，包括整形器(19)、乙炔
‑
氧气燃烧池(20)、光谱仪(21)、光电探测器(22)和示波器(23)；所述时域拉伸模块(1)中光学频率梳(11)依次与可调谐滤波器(12)、色散补偿光纤(13)和功率放大器(14)连接，得到展宽脉冲，所述展宽脉冲进入时频映射模块(2)，经分束器(15)分为两路，一路经衰减器(16)，一路经电动光纤延时线(17)，在耦合器(18)中合束得到探测光，所述探测光进入动态燃烧探测模块(3)，经整形器(19)和乙炔
‑
氧气燃烧池(20)后，先传入光谱仪(21)得到频谱信息，后将光谱仪(21)替换为光电探测器(22)和示波器(23)得到动态燃烧信息。2.根据权力要求1所述的基于时频映射对乙炔燃烧过程的高精度超快探测，其特征在于，所述色散补偿光纤(13)将光学频率梳(11)发出的飞秒脉...
【专利技术属性】
技术研发人员：张福民，金兵，贾琳华，曲兴华，梅佳雪，张先锋，牛琼，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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